(57)【要約】【課題】有機性汚泥を嫌気消化槽で嫌気消化する方法において、嫌気消化槽における嫌気消化効率を損なうことなく、嫌気消化槽の加温に要するエネルギーを低く抑え、処理コストの低減を図る。【解決手段】嫌気消化槽１内の水温をＴmax＝３５℃とＴmin＝２０〜３０℃との間に制御し、嫌気消化槽１内の水温がＴminを下回ったときにのみ、嫌気消化槽１を加温する。【選択図】図２
2005349335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚泥を嫌気消化槽内で嫌気消化処理する方法において、
該嫌気消化槽内の水温をＴmaxとＴminとの間に制御する有機性汚泥の嫌気消化方法であって、
Ｔmaxを３５℃とし、Ｔminを２０〜３０℃の範囲とすることを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
【請求項２】
請求項１において、Ｔminを下記(1)〜(3)式において、Ｑinput＝Ｑoutputが成立するように計算により求められたＴenergyに基づいて決定することを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
Ａ≒(Ｔenergy−Ｔfeed(min))×Ｎ×１／２(ただし、Ｔenergy＞Ｔfeed(min)のとき)
…(1)
Ｑinput＝Ａ×Ｓ×（１／ＨＲＴ）＋α×Ａ                 …(2)
Ｑoutput＝０．３５×ＬCOD×η×ε×ＲCH4×Ｒｆ          …(3)
上記(1)〜(3)式において、各符号は次の通りである。
Ｎ：１年を通じて嫌気消化槽の水温をＴenergy以上にするために嫌気消化槽の加温を必要とする日数（ｄａｙ）
Ａ：１年を通じて嫌気消化槽の水温をＴenergy以上とするため必要な温度の増加分の合計（後掲の図４における領域Ａの面積）（℃・ｄａｙ／ｙｅａｒ）
Ｔfeed(min)：嫌気消化槽に流入する有機性汚泥の液温の年間最小値（℃）
ＨＲＴ：嫌気消化槽の槽内液滞留時間（ｄａｙ）
Ｓ：水の比熱（＝４．２ＭＪ／ｍ３・℃）
α：熱損失率（ＭＪ／ｍ３・℃・ｄａｙ）
ＬCOD：嫌気消化槽の単位容積当たりのＣＯＤ負荷（ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ３−嫌気消化槽容積・ｙｅａｒ）
η：３５℃における年間平均ＣＯＤ除去率（％）
ε：ＣＯＤ除去率の年間減少量（０．８〜１．０の間の値）
ＲCH4：メタンのエネルギー量（３５．８ＭＪ／ｍ３−ＣＨ４）
Ｒｆ：エネルギー回収率（回収方法に依存する）
【請求項３】
請求項１又は２において、該嫌気消化槽で得られる嫌気消化汚泥の一部を固液分離し、得られる分離汚泥の少なくとも一部を該嫌気消化槽に返送する工程と、該嫌気消化槽で得られる嫌気消化汚泥の一部を可溶化処理した後該嫌気消化槽に返送する工程とを備えることを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
【請求項４】
請求項３において、該可溶化処理が熱処理及び／又は化学処理であることを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
【請求項５】
請求項４において、該可溶化処理がオゾン処理であることを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか１項において、該嫌気消化槽内の汚泥濃度が８０ｇ／Ｌ以下となるように、前記分離汚泥の一部を余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする有機性汚泥の嫌気消化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機性汚泥の嫌気消化方法に係り、特に、嫌気消化槽における嫌気消化効率を損なうことなく、嫌気消化槽の加温に要するエネルギーを低く抑え、処理コストの低減を図る有機性汚泥の嫌気消化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水の生物処理で発生する汚泥の減容化処理法として嫌気消化法が広く採用されている。この方法は、図１に示す如く、下水処理汚泥を嫌気消化槽１に投入して嫌気性菌により消化処理し、嫌気消化汚泥を固液分離装置２で固液分離して、分離液を処理水として系外へ排出し、分離汚泥（濃縮汚泥）の一部を必要に応じて余剰汚泥として系外へ引き抜き、残部を嫌気消化槽１に返送するものである。また、図２に示す如く、嫌気消化汚泥の一部をオゾン処理槽３等で可溶化処理して改質し、改質汚泥を嫌気消化槽１に返送する汚泥の減容化手段を取り入れたものもあり、また、このような汚泥の減容化手段を取り入れることにより、余剰汚泥の引き抜きを行わないようにしたものもある。
【０００３】
従来、このような汚泥の嫌気消化方法においては、嫌気消化槽内の水温は、３５℃の設定温度に制御するか、或いは、温度制御を全く行わずに処理が行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
嫌気消化槽内の水温は、環境温度に応じて変化し、季節や地域によって異なるが、冬期における寒冷地で気温が氷点下に達した場合には、嫌気消化槽内の水温もそれに応じて低下する。従って、嫌気消化槽内の水温を３５℃の設定温度に制御する方法（以下「設定温度制御法」と称す。）では、嫌気消化槽の加温のために多大なエネルギーコストが必要となる。
【０００５】
一方、温度無制御の方法（以下「温度無制御法」と称す。）では、気温の低下に伴って嫌気消化槽内の水温も低下し、これにより嫌気消化効率が著しく低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、嫌気消化槽における嫌気消化効率を損なうことなく、嫌気消化槽の加温に要するエネルギーを低く抑え、処理コストの低減を図る有機性汚泥の嫌気消化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の有機性汚泥の嫌気消化方法は、有機性汚泥を嫌気消化槽内で嫌気消化処理する方法において、該嫌気消化槽内の水温をＴmaxとＴminとの間に制御する有機性汚泥の嫌気消化方法であって、Ｔmaxを３５℃とし、Ｔminを２０〜３０℃の範囲にすることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、嫌気消化槽内の水温がＴmax＝３５℃と、Ｔmin＝２０〜３０℃の範囲となるように温度制御を行う。即ち、嫌気消化槽内の水温がＴminよりも下回った場合においてのみ、嫌気消化槽内の水温が上記Ｔmin以上となるように嫌気消化槽を加温する。
【０００９】
このため、嫌気消化槽内の水温が常に３５℃となるように制御する設定温度制御法に比べて加温に要するエネルギーコストを大幅に低減することができ、また、温度無制御法に比べて嫌気消化効率を安定させることができる。
【００１０】
即ち、図３に示す如く、嫌気消化槽内の水温は、環境温度に影響されて、変動する。従って、温度無制御法では水温が大きく低下する７０日以降において、嫌気消化効率が著しく損なわれる。一方、嫌気消化槽内の水温を常に３５℃に維持する設定温度制御法では、設定温度である３５℃と温度無制御の場合の水温との差に相当する水温上昇のための加温エネルギーを常に必要とするため、特に、水温が低下する期間において、加温のためのエネルギーが多大となる。
【００１１】
これに対して、嫌気消化槽内の水温をＴmax（＝３５℃）とＴmin（＝２０〜３０℃）との間に制御する本発明法によれば、ａ点からＢ点に到るまでは嫌気消化槽の加温を行わず、嫌気消化槽内の水温がＴminよりも低下するｂ点から加温を開始し、この水温低下期間においてのみ嫌気消化槽を加温する。このため、加温のためのエネルギーコストを大幅に低減することができ、しかも、Ｔminよりも嫌気消化槽内の水温が低下することはないため、嫌気消化効率が大きく損なわれることはなく、安定した処理を行える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の有機性汚泥の嫌気消化方法によれば、嫌気消化槽における嫌気消化効率を損なうことなく、嫌気消化槽の加温に要するエネルギーを低く抑え、処理コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の有機性汚泥の嫌気消化方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の有機性汚泥の嫌気消化方法は、嫌気消化槽の水温の制御以外は常法に従って実施され、例えば、図１，２に示す方法、好ましくは図２に示す汚泥の減容化手段を取り入れた方法で実施される。
【００１５】
このような有機性汚泥の嫌気消化方法において、本発明では、嫌気消化槽１内の水温を、Ｔmax＝３５℃と、Ｔmin＝２０〜３０℃の間となるように制御し、嫌気消化槽１内の水温がＴminを下回らない場合には、嫌気消化槽の加温を行わず、嫌気消化槽１内の水温がＴmin未満となる場合においてのみ嫌気消化槽１の加温を行う。
【００１６】
ここで、Ｔminの設定温度が２０℃未満であると、嫌気消化槽１内の水温の制御温度が低すぎ、嫌気消化効率が大きく損なわれるおそれがある。Ｔminの設定温度が３０℃を超えると、本発明を採用することによるエネルギーコストの低減効果を十分に得ることができない。
【００１７】
本発明においては、Ｔminを下記(1)〜(3)式において、Ｑinput＝Ｑoutputが成立するように計算により求められたＴenergyに基づいて決定すること、即ち、下記(1)〜(3)式において、嫌気消化槽の加温に要する熱エネルギー（Ｑinput）と、嫌気消化槽における嫌気消化で発生するメタンガスから回収される熱エネルギーＱoutputとが等しくなるようなＴenergyを算出し、このＴenergyが２０℃以上であり３０℃以下である場合には、このＴenergyにＴminを設定することが好ましく、このようにしてＴminを設定することにより、嫌気消化槽の加温のための外部エネルギーを全く必要とすることなく、嫌気消化槽で発生するメタンガスから回収されるエネルギーのみで嫌気消化槽を効果的に加温することができるようになる。
Ａ≒(Ｔenergy−Ｔfeed(min))×Ｎ×１／２(ただし、Ｔenergy＞Ｔfeed(min)のとき)
…(1)
Ｑinput＝Ａ×Ｓ×（１／ＨＲＴ）＋α×Ａ                 …(2)
Ｑoutput＝０．３５×ＬCOD×η×ε×ＲCH4×Ｒｆ          …(3)
【００１８】
上記(1)〜(3)式において、各符号は次の通りである。
Ｎ：１年を通じて嫌気消化槽の水温をＴenergy以上にするために嫌気消化槽の加温を必要とする日数（ｄａｙ）
Ａ：１年を通じて嫌気消化槽の水温をＴenergy以上とするため必要な温度の増加分の合計（（℃・ｄａｙ／ｙｅａｒ）であり、図４におけるＡの領域の面積に相当する。この図４は、１年のうちで、嫌気消化槽内の水温が横軸の温度よりも低い日数を縦軸に示したものであり、図４において、領域Ａは、１年を通じて嫌気消化槽内の水温をＴenergyにするために必要な温度増加分の合計を示し、加温を要する日数がＮで示される。）
Ｔfeed(min)：嫌気消化槽に流入する有機性汚泥の液温の年間最小値（℃）
ＨＲＴ：嫌気消化槽の槽内液滞留時間（ｄａｙ）
Ｓ：水の比熱（＝４．２ＭＪ／ｍ３・℃）
α：熱損失率（ＭＪ／ｍ３・℃・ｄａｙ）
ＬCOD：嫌気消化槽の単位容積当たりのＣＯＤ負荷（ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ３−嫌気消化槽容積・ｙｅａｒ）
η：３５℃における年間平均ＣＯＤ除去率（％）
ε：ＣＯＤ除去率の年間減少量（０．８〜１．０の間の値）
ＲCH4：メタンのエネルギー量（３５．８ＭＪ／ｍ３−ＣＨ４）
Ｒｆ：エネルギー回収率（回収方法に依存する）
【００１９】
ただし、Ｔenergyが２０℃未満である場合には、Ｔmin＝２０℃或いは２０〜３０℃の範囲とする。
【００２０】
一般に、Ｔenergyは、３０℃を超えることは殆どなく、このような、ＴenergyにＴminを設定することにより、本発明による省エネルギー化と、エネルギーの有効利用及び嫌気消化効率の維持を効果的に達成することができる。
【００２１】
本発明においては、図２に示す如く、嫌気消化槽１で得られる嫌気消化汚泥の一部を固液分離装置２で固液分離して、分離汚泥（濃縮汚泥）の少なくとも一部を嫌気消化槽１に返送すると共に、嫌気消化槽１で得られる嫌気消化汚泥の一部をオゾン処理槽３等で可溶化処理した後嫌気消化槽１に返送することが好ましく、この場合において、嫌気消化槽内の汚泥濃度が８０ｇ／Ｌ以下となるように、適宜余剰汚泥を系外に引き抜くことが好ましい。
【００２２】
即ち、嫌気消化槽内の汚泥濃度が２５ｇ／Ｌを超えると撹拌が困難となるため嫌気消化槽内の汚泥濃度は２５ｇ／Ｌ以下となるようにする。ただし、嫌気消化槽内の汚泥濃度が過度に低いと嫌気消化効率が低下するため、嫌気消化槽内の汚泥濃度は、１０ｇ／Ｌ以上、特に１５〜２０ｇ／Ｌに制御することが好ましい。
【００２３】
なお、嫌気消化汚泥の可溶化処理としては、オゾン処理に何ら限定されず、過酸化水素等の酸化力の強い酸化剤や、酸、アルカリなどによる化学的処理、熱的処理や、ミルによる磨砕のような物理的処理等を採用することができる。
【００２４】
嫌気消化汚泥の固液分離装置としては、膜分離装置、遠心分離装置、沈殿槽、浮上分離装置等を用いることができる。
【００２５】
ところで、本発明の方法により嫌気消化槽の水温をＴmax＝３５℃とＴmin＝２０〜３０℃の間となるように制御する場合、嫌気消化槽の水温が３５℃よりも低い場合において、水温が３５℃の場合に比べて嫌気消化効率が低下する。従って、安定した嫌気消化効率を維持するためには、嫌気消化槽内の水温が低下したときに、嫌気消化槽内のＳＲＴ（汚泥滞留時間）を長くすることが好ましい。嫌気消化槽内のＳＲＴを長くすることにより、嫌気消化槽内の汚泥濃度が増加し、この汚泥濃度に対応して槽内の微生物の活性が高まり、その後水温が上昇したときに、嫌気消化槽内に蓄積された汚泥が速い速度で分解され、嫌気消化槽内の汚泥濃度は温度低下前の値に回復する。
【００２６】
この水温に基づいたＳＲＴの制御例を図５に示す。図５に示すように、嫌気消化槽内の水温が次第に低下するに伴ってＳＲＴを増加させると、これにより槽内の汚泥濃度も上昇する。その後、水温の上昇に伴ってＳＲＴを低下させるが、このときに槽内の汚泥は急速に分解されて汚泥濃度が低減する。
【００２７】
本発明においては、嫌気消化槽内の水温がＴmax＝３５℃であるときのＳＲＴをＳＲＴ（Ｔmax）とした場合、嫌気消化槽内の水温の低下に伴ってＳＲＴを増加させ、嫌気消化槽内の水温がＴmin＝２０〜３０℃の場合において、当該Ｔminの温度によっても異なるが、ＳＲＴ（Ｔmin）＝ＳＲＴ（Ｔmax）×１．３〜１．８程度とすることが好ましい。
【００２８】
なお、一般にＳＲＴ（Ｔmax）は２０〜６０日の間で設定され、ＳＲＴ（Ｔmin）は３０〜１００日程度の間で設定される。
【００２９】
このような本発明の有機性汚泥の嫌気消化方法は、下水処理施設等の廃水処理施設から排出される初沈汚泥及び／又は余剰汚泥、その他のあらゆる有機性汚泥の嫌気消化処理に適用することができる。この有機性汚泥は、予め濃縮処理又は可溶化処理が施されたものであっても良い。
【実施例】
【００３０】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３１】
実施例１
下水混合生汚泥（下水処理場の最初沈殿池汚泥と、活性汚泥処理における余剰汚泥との混合汚泥）を処理する嫌気消化槽において、まず、前述の(1)〜(3)式に基づいてＴenergyを算出した。
【００３２】
Ｔenergyを２１℃と仮定して、図４におけるＴfeed(min)と加温が必要な日数Ｎを求めたところ、Ｔfeed(min)＝８℃、Ｎ＝１６０日であった。この場合の領域Ａは、９５０℃・ｄａｙｓ／ｙｅａｒである。ＨＲＴが２０日であり、熱損失率αを無視できる嫌気消化槽において、Ｑinputは、１９９．５ＭＪ／ｍ３・ｙｅａｒと算出される。
【００３３】
Ｑinput＝Ａ×Ｓ×（１／ＨＲＴ）＋α×Ａ
＝Ａ×Ｓ×（１／ＨＲＴ）
＝９５０×４．２×（１／２０）
＝１９９．５
【００３４】
一方、嫌気消化処理で発生するメタンから回収されるエネルギーを計算するたに、年間の単位面積当たりのＣＯＤ負荷ＬCODが２００ｋｇ−ＣＯＤ／ｍ３・ｙｅａｒであり、ＣＯＤ除去率ηが約５０％で、平均ＣＯＤ減少率が温度の低下に影響されず、また、メタンからのエネルギー回収率Ｒｆが３０％であると仮定すると、Ｑoutputは３７５．９ＭＪ／ｍ３・ｙｅａｒとなる。
【００３５】
Ｑoutput＝０．３５×ＬCOD×η×ε×ＲCH4×Ｒｆ
＝０．３５×２００×０．５×３５．８×０．３
＝３７５．９
【００３６】
この値は計算されたＱinput１９９．５ＭＪ／ｍ３・ｙｅａｒよりも大きいので、再びＴenergyの値を若干大きくして上記と同様の計算を繰り返し、ＱinputがＱoutputと等しくなる値を求めたところ、Ｔenergy＝２３℃であることが求められた。
【００３７】
そこで、Ｔmax＝３５℃、Ｔmin＝２３℃として嫌気消化槽の温度制御を行い、ＴmaxのときのＳＲＴ（Ｔmax）を３０日、ＴminのときのＳＲＴ（Ｔmin）を４５日として、嫌気消化槽の運転を行ったところ、外部から嫌気消化槽の加温のためのエネルギーを全く必要とすることなく、嫌気消化効率を一定に維持できるという効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】有機性汚泥の嫌気消化方法の一例を示す系統図である。
【図２】有機性汚泥の嫌気消化方法の他の例を示す系統図である。
【図３】嫌気消化槽内の水温の経時変化を示すグラフである。
【図４】嫌気消化槽の設定温度と嫌気消化槽の加温を要する日数との関係を示すグラフである。
【図５】嫌気消化槽の水温、ＳＲＴ及び汚泥濃度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１  嫌気消化槽
２  固液分離装置
３  オゾン処理槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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